JP2002227704A

JP2002227704A - 筒内直接噴射式内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2002227704A
Application number: JP2001025381A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Shiino; 俊一椎野; Hirobumi Tsuchida; 博文土田; Isamu Hotta; 勇堀田; Takashi Fukuda; 隆福田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP3864706B2

Abstract

(57)【要約】【課題】膨張行程又は排気行程における追加噴射によっ
て触媒の昇温を図る構成において、排気温度の条件に関
わらず、未燃燃料の燃え残りの発生を回避できるように
する。【解決手段】追加噴射を行ったときの排気温度Ｔexpを
運転条件から推定し、前記排気温度Ｔexpが所定温度Ｔe
xpSLよりも高いときには、燃焼室から触媒上流側に設け
た容積部までの排気の到達時間を、排気バルブの開特性
を切り換えることで短くする。排気温度が高く容積部上
流側での反応速度が速くても、前記到達時間を短くする
ことで、容積部入口での未燃燃料の濃度を確保でき、こ
れによって容積部における未燃燃料の燃焼安定性が向上
して、燃え残りの発生が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内直接噴射式内
燃機関の排気浄化装置に関し、特に、未燃燃料の排気系
における燃焼で触媒の昇温を図る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、未燃燃料の排気系における燃焼で
触媒の昇温を図る装置としては、特開平１１−２９４１
５７号公報に開示されるようなものがあった。このもの
は、筒内直接噴射式内燃機関において、排気浄化用の触
媒と燃焼室との間の排気通路に容積部を設け、前記触媒
の昇温が要求される場合に、膨張行程において主噴射と
は別の追加の燃料噴射を行わせるものである。

【０００３】前記追加噴射された燃料は、排気中に含ま
れる酸素と一部が反応しながら、排気バルブが開弁され
ることで排気通路に放出され、排気通路で燃え残った未
燃分が前記容積部に滞留し、ここで燃焼ガスと混合され
て燃焼し、触媒に供給される排気を昇温させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来装
置では、未燃燃料の完全燃焼を図るべく、未燃燃料及び
燃焼ガスが滞留する容積部を設けているが、容積部にお
いて未燃燃料が完全に燃焼するか否かは、容積部入口で
の排気温度及び未燃燃料の濃度に依存するため（図５参
照）、安定的に未燃燃料を完全燃焼させることが困難
で、燃え残りによってエミッションを悪化させてしまう
ことがあるという問題があった。

【０００５】例えば、排気温度が低い場合は、酸化反応
に時間を要するため、燃焼室から放出された排気の容積
部上流での酸化反応が不充分となり、その結果、容積部
の温度上昇も小さく、容積部における燃焼が不安定とな
って燃え残り量が増大する。一方、排気温度が比較的高
い場合には、酸化反応は促進されるが、その結果、容積
部上流での酸化反応が増加して容積部入口での未燃燃料
の濃度が低下するため、容積部での燃焼が不安定にな
り、燃え残り量が増大する。

【０００６】この排気温度が比較的高い状態での燃え残
りの増大を解決するには、容積部上流での酸化反応を抑
えることが必要となるが、酸化反応を抑えるために排気
温度を強制的に低下させると、前述のような理由で燃え
残りが増大する可能性があり、排気温度を強制的に低下
させる方策は好ましくない。本発明は上記問題点に鑑み
なされたものであり、触媒の昇温のための追加の燃料噴
射を行うときに、排気温度によって容積部において燃え
残りが発生し、エミッションが悪化することを回避でき
る筒内直接噴射式内燃機関の排気浄化装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため、請求項１記載
の発明では、筒内直接噴射式内燃機関において、触媒の
上流側の排気通路に容積部を設け、触媒の昇温が要求さ
れるときに、膨張行程又は排気行程中に燃料噴射弁から
追加の燃料噴射を行わせると共に、排気温度に応じて容
積部上流側での未燃燃料の燃焼割合を調節するよう構成
した。

【０００８】かかる構成によると、容積部上流側におけ
る酸化反応が、排気温度が低いときには時間を要し、排
気温度が高いときには促進されることに対応して、容積
部上流側での未燃燃料の燃焼割合を調節する。具体的に
は、排気温度が低いときには、容積部上流側での未燃燃
料の燃焼割合を増大させることで容積部の温度を高め、
逆に、排気温度が高く、容積部上流での酸化反応が過剰
で、容積部入口での未燃燃料の濃度が低下するときに
は、容積部上流側での未燃燃料の燃焼割合を減少させ
る。

【０００９】請求項２記載の発明では、燃焼室から前記
容積部までの排気の到達時間を変化させることで、未燃
燃料の燃焼割合を調整する構成とした。かかる構成によ
ると、燃焼室から容積部までの排気の到達時間は、排気
が容積部に至るまでに酸化反応する時間であり、排気温
度が低く酸化反応速度が遅いときに、前記到達時間を長
くすれば、遅い反応速度を補って未燃燃料の燃焼割合を
増大変化させることができ、逆に、排気温度が高く酸化
反応速度が速いときに、前記到達時間を短くすれば、容
積部に至る前の未燃燃料の燃焼が抑制されることにな
る。

【００１０】請求項３記載の発明では、排気バルブの開
特性を変化させることで、容積部までの到達時間を変化
させる構成とした。かかる構成によると、排気バルブの
開特性を変更することで、排気を排気通路に放出させる
ときの流量特性が変化し、容積部までの排気の到達時間
が変化する。

【００１１】請求項４記載の発明では、排気バルブの開
特性として排気バルブの開弁初期における開口面積を変
化させる構成とした。かかる構成によると、例えば、排
気バルブの開弁初期における開口面積を大きくすると、
排気が一斉に放出されて容積部までの到達時間が短くな
る。請求項５記載の発明では、燃焼室から容積部までの
排気通路の断面積を変化させることで、容積部までの到
達時間を変化させる構成とした。

【００１２】かかる構成によると、排気通路の断面積を
変化させることで、排気の流速が調整され、容積部まで
の到達時間が変更される。請求項６記載の発明では、各
気筒毎に複数の排気バルブを備え、開弁動作させる排気
バルブの数を変化させることで、前記燃焼室から前記容
積部までの排気通路の断面積を変化させる構成とした。

【００１３】かかる構成によると、開弁動作させる排気
バルブの数を減少させることで、排気行程における排気
通路の断面積が減少し、逆に、開弁動作させる排気バル
ブの数を増加させることで、排気行程における排気通路
の断面積を増大させる。請求項７記載の発明では、燃焼
室から容積部までの排気通路の長さを変化させること
で、容積部までの到達時間を変化させる構成とした。

【００１４】かかる構成によると、排気流速が同じで
も、排気通路の長さが異なることで、容積部までの到達
時間が変化する。請求項８記載の発明では、燃焼室と容
積部とを接続する排気通路として、長さの異なる複数の
排気通路を並列に設け、該複数の排気通路のうちの１つ
を選択的に開通させることで、燃焼室から容積部までの
排気通路の長さを変化させる構成とした。

【００１５】かかる構成によると、予め長さの異なる排
気通路が複数並列に設けられており、容積部までの到達
時間が長くしたときには、前記複数の排気通路のうちの
長さの長いものを開通させ、逆に、容積部までの到達時
間を短くしたいときには、前記長い排気通路を閉塞させ
て、代わりに短い通路を開通させる。請求項９記載の発
明では、機関の回転速度及び／又は吸入空気量を変化さ
せることで、前記排気の到達時間を変化させる構成とし
た。

【００１６】かかる構成によると、機関回転速度や吸入
空気量の変化によって、排気流量が変化し、容積部まで
の到達時間が変化する。請求項１０記載の発明では、排
気温度に基づいて排気の到達時間の目標を決定し、該決
定された目標が所定範囲を超えるときに、前記目標が前
記所定範囲内になるように機関の排気温度を変化させる
構成とした。

【００１７】かかる構成によると、排気温度から要求さ
れる到達時間を設定したときに、この到達時間が所定範
囲を超える場合、例えば制御可能範囲外であるときに
は、機関温度を変化させることで、到達時間の目標とし
て前記所定範囲（制御可能範囲）内の値になるようにし
て、排気温度に応じた目標が実現されるようにする。請
求項１１記載の発明では、機関の点火時期及び／又は追
加の燃料噴射の時期を変化させることで、排気温度を変
化させる構成とした。

【００１８】かかる構成によると、点火時期及び／又は
追加の燃料噴射の時期の進角・遅角制御によって、到達
時間の目標が所定範囲内となるように排気温度を変化さ
せる。請求項１２記載の発明では、排気温度に基づいて
前記排気の到達時間の目標を決定し、該決定された目標
が所定範囲を超えるときに、前記追加の燃料噴射を中止
させる構成とした。

【００１９】かかる構成によると、排気温度から要求さ
れる到達時間を設定したときに、この到達時間が所定範
囲を超える場合、例えば制御可能範囲外であるときに
は、目標の到達時間（換言すれば、未燃燃料の燃焼割合
の目標）を実現できず、そのまま追加噴射を行わせても
燃え残り量を増大させてしまう結果となるため、追加の
燃料噴射を中止させる。

【００２０】請求項１３記載の発明では、機関の運転条
件に基づいて前記排気温度を推定する構成とした。かか
る構成によると、排気温度を直接温度センサで検出する
代わりに、機関の運転条件（例えば回転速度，吸入空気
量，空燃比など）から、排気温度を推定する。

【００２１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、排気温度
による酸化反応速度の違いに応じて、容積部上流側での
未燃燃料の燃焼割合を調節するので、容積部入口での未
燃燃料の濃度及び排気温度を最適に制御でき、燃え残り
の発生を充分に回避した上で触媒の昇温を図れるという
効果がある。

【００２２】請求項２記載の発明によると、排気温度の
違いによる反応速度の違いに対応して、容積部までの排
気の到達時間、即ち、反応時間を変化させるので、容積
部入口での未燃燃料の濃度及び排気温度を精度良くかつ
容易に最適値に制御することができるという効果があ
る。請求項３，４記載の発明によると、排気バルブの開
特性を変化させることで排気流量を調整し、容積部まで
の排気の到達時間を、排気温度（反応速度）の違い対応
する値に変化させることができるという効果がある。

【００２３】請求項５，６記載の発明によると、排気通
路の断面積を変化させることで、排気流速を変化させ、
容積部までの排気の到達時間を、排気温度（反応速度）
の違い対応する値に変化させることができるという効果
がある。請求項７，８記載の発明によると、排気通路の
長さを変化させることで、容積部までの排気の到達時間
を、排気温度（反応速度）の違い対応する値に変化させ
ることができるという効果がある。

【００２４】請求項９記載の発明によると、回転速度・
吸入空気量を変化させることで、排気流量を変化させ、
容積部までの排気の到達時間を、排気温度（反応速度）
の違い対応する値に変化させることができるという効果
がある。請求項１０記載の発明によると、排気の到達時
間を最大限に制御しても、容積部上流側での未燃燃料の
燃焼割合を最適値に制御することができないときに、排
気温度を強制的に変化させて、到達時間の目標を変化さ
せるので、到達時間の制御範囲内で未燃燃料の燃焼割合
を最適値に制御することができるという効果がある。

【００２５】請求項１１記載の発明によると、点火時期
及び／又は追加噴射時期の遅角・進角制御によって、到
達時間の目標が制御範囲内となる排気温度に変化させる
ことができるという効果がある。請求項１２記載の発明
によると、到達時間の制御によって容積部上流側での未
燃燃料の燃焼割合を最適値に制御することができない状
態での追加噴射が中止され、燃え残り量の増大を招く追
加噴射を未然に防止することができるという効果があ
る。

【００２６】請求項１３記載の発明によると、温度セン
サを用いることなく排気温度が推定されるので、システ
ム構成を簡略化することができるという効果がある。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、本発明が適用される筒内直
接噴射式内燃機関を示す。図１において、機関１に吸入
される空気は、エアクリーナ２を通過した後、エアフロ
ーメータ３で流量計測され、スロットルチャンバ４に導
かれ、このスロットルチャンバ４に介装されるスロット
ル弁４ａによって空気量が制御される。

【００２８】吸入空気は、その後、吸気コレクタ５及び
吸気通路６を通り、シリンダ７内に吸気バルブ８が開弁
したときに導入される。前記シリンダ７には、往復運動
を行うピストン９が介装されている。前記ピストン９と
シリンダ７とで構成される燃焼室に直接燃料を噴射する
燃料噴射弁１０が設けられており、前記シリンダ７内の
空気に対して前記燃料噴射弁１０が燃料を噴射すること
で混合気が形成され、該混合気は点火プラグ１１の火花
点火により燃焼する。

【００２９】燃焼排気は、排気バルブ１２が開くことで
排気ポート１３に排出される。前記排気ポート１３に
は、ＥＧＲ（排気還流）通路１４が連結され、該ＥＧＲ
通路１４を介して排気の一部が前記吸気コレクタ５に還
流される。排気還流量は、前記ＥＧＲ通路１４の途中に
介装されるＥＧＲバルブ１５で制御される。前記排気ポ
ート１３の下流に接続された排気通路１６には、酸素セ
ンサ１７が設けられ、燃焼混合気の空燃比と相関する排
気中の酸素濃度を検出する。前記酸素濃度の検出信号か
ら空燃比が検出され、この空燃比の検出結果は、空燃比
のフィードバック制御に用いられる。

【００３０】前記酸素センサ１７の下流側には、容積部
１８が設けられ、更に、該容積部１８の下流には、排気
の浄化を行う触媒１９が設けられている。前記燃料噴射
弁１０における噴射量及び噴射時期、点火プラグ１の点
火時期、排気還流量を調整するＥＧＲバルブ１５の開度
は、エンジンコントロールユニット２０によって制御さ
れる。

【００３１】前記エンジンコントロールユニット２０に
は、前記エアフローメータ３からの吸入空気量信号、前
記酸素センサ１７からの酸素濃度信号の他、機関回転速
度及びクランク角を検出するためのクランク角センサ信
号、冷却水温度信号、アクセルペダル開度信号などが入
力され、これらの信号を基に前記各制御を行う。また、
本実施形態では、前記排気バルブ１２のリフト特性を、
図２に示す２つの特性に切り換えられる可変バルブ機構
２１が備えられている。

【００３２】前記可変バルブ機構２１は、例えば異なる
プロフィールの２つのカムを切り換えて用いることがで
きるよう構成されるものである。図２に示す２つのリフ
ト特性は、開弁時期及び閉弁時期、更に、最大リフト量
は同じであるが、特性ｂは、特性ａに比して、開弁初期
のリフト量（開口面積）が大きくなるように設定され
る。

【００３３】尚、前記可変バルブ機構２１も前記エンジ
ンコントロールユニット２０によって制御される。前記
エンジンコントロールユニット２０は、通常の主たる燃
料噴射とは別に、触媒１９の昇温を図る場合に、膨張行
程又は排気行程で追加の燃料噴射を行う構成になってお
り、係る昇温制御の詳細を図３のフローチャートに従っ
て説明する。

【００３４】図３のフローチャートにおいて、ステップ
Ｓ１では、機関１の運転条件を示すパラメータとして、
機関回転速度Ｎｅ，吸入空気量Ｑａ，空燃比Ａ／Ｆ，冷
却水温度Ｔｗを読み込む。ステップＳ２では、機関始動
時における冷却水温度Ｔｗstを読み込む。ステップＳ３
では、前記機関始動時における冷却水温度Ｔｗstが所定
温度Ｔｗstlowよりも低いか否かを判別する。

【００３５】ステップＳ３で、機関始動時における冷却
水温度Ｔｗstが所定温度Ｔｗstlowよりも低いと判別さ
れると、冷機始動時であると判断し、ステップＳ４へ進
む。一方、機関始動時における冷却水温度Ｔｗstが所定
温度Ｔｗstlow以上であると判別されると、機関停止直
後の再始動時などで触媒１９が活性状態であると判断
し、触媒１９を昇温させる制御を行うことなく、ステッ
プＳ１１，１２へ進む。ステップＳ１１，１２の詳細は
後述する。

【００３６】ステップＳ４では、昇温制御の実行継続時
間CntONが所定値CntON0未満であるか否かを判別する。
ステップＳ４で、前記継続時間CntONが所定値CntON0以
上になっていると判別されたときには、昇温制御を終了
させてステップＳ１１，１２へ進む。ステップＳ１１で
は、燃焼室から容積部１８までの排気の到達時間の昇温
制御に伴う変更をキャンセルして、前記到達時間を通常
値に戻する。

【００３７】ステップＳ１２では、前記継続時間CntON
を０にリセットする。一方、ステップＳ４で継続時間Cn
tONが所定値CntON0未満であると判別されると、ステッ
プＳ５へ進む。尚、ステップＳ３では始動時における冷
却水温度Ｔｗstから触媒１９の活性状態を判定し、ステ
ップＳ４では、昇温制御の実行継続時間CntONから触媒
１９が活性温度にまで昇温されたか否かを推定するもの
であるから、触媒１９の温度を直接検出する触媒温度セ
ンサを設け、触媒１９の温度が活性温度よりも低いとき
に、追加噴射を行う昇温制御を実行させる構成としても
良い。

【００３８】ステップＳ５では、追加噴射実行時の排気
温度Ｔexpを機関１の運転条件に基づいて推定する。追
加噴射実行時の排気温度Ｔexpは、機関回転速度Ｎｅ，
吸入空気量Ｑａ，点火時期ＡＤＶ，追加噴射時期ＩＴ
２，追加噴射空燃比（追加噴射量）に応じて変化し、各
パラメータに対する排気温度の変化は、図４（ａ）〜
（ｅ）に示すような特性を示すので、これらの特性から
追加噴射実行時の排気温度Ｔexpを推定できる。

【００３９】ステップＳ６では、前記推定した追加噴射
実行時の排気温度Ｔexpがしきい値ＴexpSLよりも高いか
否かを判別する。前記排気温度Ｔexpが高いと、容積部
１８上流側での酸化反応速度が速く、容積部１８入口で
の未燃燃料の濃度が低下するため、容積部１８での燃焼
が不安定になり、燃え残り量が増大する（図５参照）。
逆に、前記排気温度Ｔexpが低いと、容積部１８上流側
での酸化反応速度が遅く、その結果、容積部１８の温度
上昇も小さく、容積部１８における燃焼が不安定となっ
て、この場合も燃え残り量が増大する（図５参照）。

【００４０】従って、排気温度Ｔexpが高く反応速度が
速い場合には、容積部１８上流側での未燃燃料の燃焼割
合を減少させて、容積部１８入口での未燃燃料の濃度低
下を抑制する必要があり、逆に、排気温度Ｔexpが低く
反応速度が遅い場合には、容積部１８上流側での未燃燃
料の燃焼割合を増大させて、容積部１８の昇温を図る必
要がある。

【００４１】本実施形態では、排気が燃焼室から容積部
１８に到達するまでの時間を反応速度の変化に対して変
化させることで、容積部１８上流側での未燃燃料の燃焼
割合を調整する。即ち、排気温度Ｔexpが高く反応速度
が速い場合には、前記到達時間を短くして、容積部１８
上流側での酸化反応時間を短くすることで、未燃燃料の
燃焼割合を減少させることができ、排気温度Ｔexpが低
く反応速度が遅い場合には、前記到達時間を長くして、
容積部１８上流側での酸化反応時間を長くすることで、
未燃燃料の燃焼割合を増大させることができる。

【００４２】そこで、ステップＳ６で、追加噴射実行時
の排気温度Ｔexpがしきい値ＴexpSLよりも高いと判別さ
れたときには、ステップＳ７へ進み、前記到達時間を短
い側に設定し、追加噴射実行時の排気温度Ｔexpがしき
い値ＴexpSL以下であると判別されたときには、ステッ
プＳ１０へ進み、前記到達時間を長い側に設定する。前
記到達時間の長短の切り換えは、前記可変バルブ機構２
１による排気バルブ１２のリフト特性の切り換えによっ
て行う。

【００４３】前記到達時間として短い側が要求されると
きには、図２に示したリフト特性のうちの開弁初期のリ
フト量（開口面積）がより大きな特性ｂを選択すること
で、開弁初期の排気流量を大きくし、前記到達時間を短
い側に設定する。逆に、前記到達時間として長い側が要
求されるときには、図２に示したリフト特性のうちの開
弁初期のリフト量（開口面積）がより小さな特性ａを選
択することで、開弁初期の排気流量を小さくし、前記到
達時間を長い側に設定する。

【００４４】ステップＳ８では、膨張行程又は排気行程
で追加の燃料噴射を行う。ステップＳ９では、前記継続
時間CntONをカウントアップし、前記継続時間CntONが所
定値CntON0以上になると、ステップＳ４からステップＳ
１１，１２へ進み、追加噴射制御を中止すると共に、前
記到達時間、即ち、排気バルブ１２のリフト特性を通常
の特性ａに戻す。

【００４５】以上のように、排気温度Ｔexpによる反応
速度の違いに対応して前記到達時間を切り換え、容積部
１８上流側での未燃燃料の燃焼割合を調整することで、
容積部１８で燃え残りなく未燃燃料を燃焼させることが
でき、エミッションの悪化を招くことなく、触媒１９の
昇温を促進できる。ところで、上記実施形態では、燃焼
室から容積部１８までの排気の到達時間を変更する手段
として、排気バルブ１２のリフト特性（開特性）を切り
換える構成としたが、図６に示すような手段によっても
到達時間を切り換えることが可能である。

【００４６】図６は、各気筒毎に、２つの排気ポート１
３及び２つの排気バルブ１２を備える構成を示し、か
つ、可変バルブ機構２１によって、２つの排気バルブ１
２のうちの１つを休止させて閉状態に保つことができる
ものとする。即ち、２つの排気バルブ１２が共に開閉動
作する特性ａと、２つの排気バルブ１２のうちの一方は
通常に開閉動作するが他方が休止して閉状態に保持され
る特性ｂとに切り換えられるものである。

【００４７】ここで、２つの排気バルブ１２の一方を休
止する特性ｂのときには、排気行程で開くバルブの数が
特性ａに比べて半分になるため、排気を排出できる排気
通路の断面積が半分となり、流速が速くなって前記到達
時間が短くなる。従って、前記ステップＳ６で、追加噴
射実行時の排気温度Ｔexpがしきい値ＴexpSLよりも高い
と判別されたときに、ステップＳ７において、２つの排
気バルブ１２の一方を休止する特性ｂを選択すること
で、容積部１８の上流側での酸化反応時間を短くし、未
燃燃料の燃焼割合を抑制することができる。

【００４８】また、前記ステップＳ６で、追加噴射実行
時の排気温度Ｔexpがしきい値ＴexpSL以下であると判別
されたときに、ステップＳ１０において、２つの排気バ
ルブ１２の双方を通常に開閉させる特性ａを選択すれ
ば、容積部１８の上流側での酸化反応時間を充分に確保
できる。また、燃焼室から容積部１８までの排気の到達
時間を変更する手段としては、図７に示すように、燃焼
室から容積部１８までの排気通路１６の長さを切り換え
る構成を用いても良い。

【００４９】図７においては、燃焼室から容積部１８ま
での排気通路１６として、通常に用いる排気通路１６ａ
と、該排気通路１６ａよりも短い排気通路１６ｂとを、
並列に設け、かつ、前記排気通路１６ａと排気通路１６
ｂとのいずれに排気を流すかを選択するための切り換え
バルブ２５を備える。係る構成によると、排気を排気通
路１６ｂ側に流せば、容積部１８までの到達時間が短く
なるから、前記ステップＳ６で、追加噴射実行時の排気
温度Ｔexpがしきい値ＴexpSLよりも高いと判別されたと
きに、ステップＳ７において、短い側の排気通路１６ｂ
を開くようにすれば、容積部１８の上流側での酸化反応
時間を短くし、未燃燃料の燃焼割合を抑制することがで
きる。

【００５０】また、前記ステップＳ６で、追加噴射実行
時の排気温度Ｔexpがしきい値ＴexpSL以下であると判別
されたときに、ステップＳ１０において、排気通路１６
ａを開くようにすれば、容積部１８の上流側での酸化反
応時間を充分に確保できる。更に、前述したような特別
な到達時間の可変機構を用いずに、機関１の回転速度Ｎ
ｅ及び／又は吸入空気量Ｑａを強制的に変化させること
で、排気流量を変化させて、前記到達時間を変更する構
成とすることが可能である。

【００５１】図８，９のフローチャートは、上記のよう
に機関１の回転速度Ｎｅ及び／又は吸入空気量Ｑａを強
制的に変化させることで前記到達時間を変更する構成に
特に適した昇温制御を示す。図８，９のフローチャート
において、ステップＳ２１では、機関１の運転条件を示
すパラメータとして、機関回転速度Ｎｅ，吸入空気量Ｑ
ａ，空燃比Ａ／Ｆ，冷却水温度Ｔｗを読み込む。

【００５２】ステップＳ２２では、前記ステップＳ２１
で読み込んだ各パラメータによってそのときの排気温度
Ｔexを推定する。前記機関回転速度Ｎｅ，吸入空気量Ｑ
ａ，空燃比Ａ／Ｆ，冷却水温度Ｔｗそれぞれと排気温度
Ｔexとの相関は、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すような特
性を示すので、これらの特性から排気温度Ｔexを推定で
きる。

【００５３】ステップＳ２３では、前記排気温度Ｔexが
所定温度Ｔlowよりも低いか否かを判別する。ステップ
Ｓ２３で排気温度Ｔexが所定温度Ｔlow以上であると判
別されたときには、触媒１９が活性温度に達しているも
のと推定されるので、ステップＳ３７，３８へ進み、触
媒１９の昇温制御を行うことなく本プログラムを終了さ
せる。

【００５４】ステップＳ３７，３８では、後述する昇温
制御の実行継続時間CntON及び中止継続時間CntOFFをそ
れぞれ０にリセットする。一方、排気温度Ｔexが所定温
度Ｔlowよりも低いと判別されると、ステップＳ２４へ
進み、機関１が始動されてから所定時間内であるか否か
を判別する。始動後の経過時間が所定時間を超えている
ときには、ステップＳ３２へ進み、前記実行継続時間Cn
tONが所定時間CntON0以下であるか、又は、前記中止継
続時間CntOFFが所定時間CntOFF0以上であるかを判別す
る。

【００５５】ここで、前記実行継続時間CntONが所定時
間CntON0を超えているか、又は、前記中止継続時間CntO
FFが所定時間CntOFF0未満であるときには、ステップＳ
３６へ進んで、昇温制御を実行することなく、前記中止
継続時間CntOFFをカウントアップさせて、本プログラム
を終了させる。一方、機関１が始動されてから所定時間
内であるとき、又は、始動から所定時間以上経過してい
るが、実行継続時間CntONが所定時間CntON0以下である
か、又は、前記中止継続時間CntOFFが所定時間CntOFF0
以上である場合には、ステップＳ２５へ進む。

【００５６】ステップＳ２５では、前記ステップＳ５と
同様にして、追加噴射実行時の排気温度Ｔexpを機関１
の運転条件に基づいて推定する。次のステップＳ２６で
は、前記追加噴射実行時の排気温度Ｔexpから、燃焼室
から容積部１８までの排気の到達時間の目標値TMtgtを
決定する。前記目標値TMtgtは、図１１に示すように、
排気温度Ｔexpが高いときほど短く設定される。

【００５７】即ち、排気温度Ｔexpが高いときには短時
間で酸化反応が進むため、容積部１８上流側での過度の
酸化を抑えるために短時間で容積部１８に到達すること
が要求され、逆に、排気温度Ｔexpが低いときには酸化
反応に時間を要するため、容積部１８上流側での酸化を
促進すべく容積部１８に到達するまでの時間をより長く
確保する必要がある。

【００５８】ステップＳ２７では、前記目標値TMtgt
が、最小値TMlwrと最大値TMuprで挟まれる範囲内である
か否かを判別する。前記最小値TMlwr及び最大値TMupr
は、例えばトルクに応じて設定されるパラメータであ
り、現状のトルクを発生することが可能な吸入空気量及
び回転速度の制御範囲内における排気到達時間の下限・
上限を意味する。

【００５９】即ち、前記最小値TMlwrと最大値TMuprとで
挟まれる範囲内であれば、トルクを大きく変化させるこ
とのない範囲内で吸入空気量及び回転速度を変化させる
ことで、排気流量を変化させて目標の到達時間に制御で
きることになる。ステップＳ２７で、前記目標値TMtgt
が、最小値TMlwrと最大値TMuprで挟まれる範囲内ではな
いと判別されると、ステップＳ３３へ進み、最小値TMlw
rと最大値TMuprで挟まれる範囲から前記目標値TMtgtが
どれだけ離れているかに基づいて、目標値TMtgtが修正
可能な範囲内であるか否かを判別する。

【００６０】目標値TMtgtの修正とは、追加噴射実行時
の排気温度Ｔexpを強制的に変更することで、この変更
後の排気温度Ｔexpに対応する目標値TMtgtを最小値TMlw
rと最大値TMuprで挟まれる範囲内とすることを示す。本
実施形態では、後述するように点火時期ＡＤＶ及び／又
は追加噴射時期ＩＴ２の変更によって、前記排気温度Ｔ
expを強制的に変更するから、点火時期ＡＤＶ及び／又
は追加噴射時期ＩＴ２の変更によって変えられる範囲内
で排気温度を変更することで、目標値TMtgtを最小値TMl
wrと最大値TMuprで挟まれる範囲内にできるか否かをス
テップＳ３３で判別する。

【００６１】ステップＳ３３で、修正可能ではないと判
断されたとき、即ち、点火時期ＡＤＶ及び／又は追加噴
射時期ＩＴ２を燃焼性を損なわない範囲内で最大限に変
更しても、そのときの排気温度に対応する目標値TMtgt
が最小値TMlwrと最大値TMuprで挟まれる範囲内にならな
いときには、追加噴射を強行しても燃え残りが発生する
ことになるので、追加噴射を行うことなくステップＳ３
６へ進む。

【００６２】一方、ステップＳ３３で修正可能であると
判断されると、ステップＳ３４へ進み、目標値TMtgtを
最小値TMlwrと最大値TMuprで挟まれる範囲内にすべく、
点火時期ＡＤＶ及び／又は追加噴射時期ＩＴ２を変更す
る。例えば到達時間の目標値TMtgtが最大値TMuprよりも
大きい場合には、排気温度を増大させる必要があるか
ら、図４に示すように、点火時期ＡＤＶを遅角し、又
は、追加噴射時期ＩＴ２を遅らせる。

【００６３】ステップＳ３５では、前記点火時期ＡＤＶ
及び／又は追加噴射時期ＩＴ２の変更後の排気温度Ｔex
pに対応する目標値TMtgtを設定する。尚、上記実施形態
では、ステップＳ２７で、目標値TMtgtが最小値TMlwrと
最大値TMuprで挟まれる範囲内でないと判別され、か
つ、ステップＳ３３で修正可能範囲であると判別される
と、排気温度の変更によって目標値TMtgtを変化させて
昇温制御を行わせるが、ステップＳ２７で、目標値TMtg
tが最小値TMlwrと最大値TMuprで挟まれる範囲内でない
と判別された時点で、昇温制御の実行停止を判断する構
成としても良い。

【００６４】ステップＳ２８では、実際の到達時間を前
記目標値TMtgtに一致させるべく、機関１の吸入空気量
Ｑａ及び／又は機関回転速度Ｎｅを、スロットル開度
（アイドル制御弁）・主噴射量などの制御によって強制
的に変化させることで、排気流量を変化させる。ステッ
プＳ２９では、膨張行程又は排気行程で追加の燃料噴射
を行う。

【００６５】ステップＳ３０では、前記実行継続時間Cn
tONをカウントアップし、ステップＳ３１では、前記中
止継続時間CntOFFを０にリセットする。これにより、前
記実行継続時間CntONは、追加噴射を行ったトータル時
間を計測することになり、前記中止継続時間CntOFFは、
追加噴射を中止してからの時間を計測する。

【００６６】そして、追加噴射を中止してから所定時間
CntOFF0以上経過しないと、追加噴射が行われないこと
になり、また、実行継続時間CntONが所定時間CntON0を
超えれば、追加噴射が行われないことになり、始動から
所定時間が経過した後の頻繁な追加噴射の実行を回避
し、触媒１９の過昇温による劣化や、燃費の悪化を防止
する。

【００６７】上記図８，９のフローチャートに示す実施
形態では、到達時間を吸入空気量Ｑａ及び／又は機関回
転速度Ｎｅの変更で変化させるから、特別な可変機構を
必要とせず、容積部１８上流側での未燃燃料の燃焼割合
を調節して、燃え残りを発生させることなく触媒１９の
昇温を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態における内燃機関のシステム構成図。

【図２】実施形態における排気バルブのリフト特性図。

【図３】触媒の昇温制御の詳細を示すフローチャート。

【図４】追加噴射時の排気温度と運転条件との相関を示
す線図。

【図５】燃え残り量及び容積部入口での未燃成分濃度と
排気温度との相関を示す線図。

【図６】排気バルブの休止制御による排気到達時間の可
変機構を説明する図。

【図７】排気通路の切り換えによる排気到達時間の可変
機構を示す図。

【図８】触媒昇温制御の別の実施形態を示すフローチャ
ート。

【図９】触媒昇温制御の別の実施形態を示すフローチャ
ート。

【図１０】排気温度と運転条件との相関を示す線図。

【図１１】排気温度と到達時間の目標値との相関を示す
線図。

【符号の説明】

１…内燃機関２…エアクリーナ３…エアフローメータ４…スロットルチャンバ５…吸気コレクタ６…吸気通路７…シリンダ８…吸気バルブ９…ピストン１０…燃料噴射弁１１…点火プラグ１２…排気バルブ１３…排気ポート１４…ＥＧＲ通路１５…ＥＧＲバルブ１６…排気通路１７…酸素センサ１８…容積部１９…触媒２０…エンジンコントロールユニット２１…可変バルブ機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢＦ０１Ｎ 7/08 Ｂ３Ｇ３０１ 7/08 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｈ４Ｄ０４８Ｆ０２Ｄ 13/02 ＥＪ 41/02 ３３０Ａ 41/02 ３３０ 41/04 ３３０Ｍ 41/04 ３３０３３５Ａ３３５ 41/34 Ｈ 41/34 Ｂ０１Ｄ 53/36 ＢＦ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ (72)発明者堀田勇神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者福田隆神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G004 AA01 BA06 DA03 DA24 DA25 EA05 FA04 3G022 AA10 CA01 CA02 DA02 GA01 GA06 GA08 GA09 GA10 3G084 BA13 BA15 BA17 BA23 CA02 DA10 EC03 FA07 FA20 FA33 FA35 3G091 AA02 AA11 AA17 AA24 AA28 AB04 AB12 BA14 BA16 BA32 CA13 CA18 CB02 CB03 CB05 CB07 CB08 DA01 DA02 DA08 DA10 DB06 DB10 DC01 EA01 EA05 EA07 EA16 EA18 EA30 EA31 EA34 HA07 HA36 HA38 HB02 HB03 HB05 3G092 AA06 AA11 BA09 BB01 BB06 BB13 CB02 DA02 DA03 DA11 DA14 DC01 DC15 DE03S DF02 EA11 EC10 FA18 GA02 HA01Z HA06Z HD05Z HE01Z HE03Z HE08Z HF08Z 3G301 HA04 HA19 JA26 KA05 LB04 MA11 MA19 MA23 NC04 PA01Z PD02Z PD12Z PE01Z PE03Z PE08Z PE09Z 4D048 AA18 AB01 AC02 CC24 CC38 DA01 DA02 DA03 DA06 DA08 DA13 DA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁
を備えると共に、排気通路に排気の浄化を行う触媒を備
えた筒内直接噴射式内燃機関において、前記触媒の上流側の排気通路に容積部を設け、前記触媒
の昇温が要求されるときに、膨張行程又は排気行程中に
前記燃料噴射弁から追加の燃料噴射を行わせると共に、
排気温度に応じて前記容積部上流側での未燃燃料の燃焼
割合を調節するよう構成したことを特徴とする筒内直接
噴射式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記燃焼室から前記容積部までの排気の到
達時間を変化させることで、前記未燃燃料の燃焼割合を
調整することを特徴とする請求項１記載の筒内直接噴射
式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】排気バルブの開特性を変化させることで、
前記排気の到達時間を変化させることを特徴とする請求
項２記載の筒内直接噴射式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】前記排気バルブの開特性として前記排気バ
ルブの開弁初期における開口面積を変化させることを特
徴とする請求項３記載の筒内直接噴射式内燃機関の排気
浄化装置。
【請求項５】前記燃焼室から前記容積部までの排気通路
の断面積を変化させることで、前記排気の到達時間を変
化させることを特徴とする請求項２記載の筒内直接噴射
式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】各気筒毎に複数の排気バルブを備え、開弁
動作させる排気バルブの数を変化させることで、前記燃
焼室から前記容積部までの排気通路の断面積を変化させ
ることを特徴とする請求項５記載の筒内直接噴射式内燃
機関の排気浄化装置。
【請求項７】前記燃焼室から前記容積部までの排気通路
の長さを変化させることで、前記排気の到達時間を変化
させることを特徴とする請求項２記載の筒内直接噴射式
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】前記燃焼室と前記容積部とを接続する排気
通路として、長さの異なる複数の排気通路を並列に設
け、該複数の排気通路のうちの１つを選択的に開通させ
ることで、前記燃焼室から前記容積部までの排気通路の
長さを変化させることを特徴とする請求項７記載の筒内
直接噴射式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】機関の回転速度及び／又は吸入空気量を変
化させることで、前記排気の到達時間を変化させること
を特徴とする請求項２記載の筒内直接噴射式内燃機関の
排気浄化装置。
【請求項１０】前記排気温度に基づいて前記排気の到達
時間の目標を決定し、該決定された目標が所定範囲を超
えるときに、前記目標が前記所定範囲内になるように機
関の排気温度を変化させることを特徴とする請求項２〜
９のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の排
気浄化装置。
【請求項１１】前記機関の点火時期及び／又は追加の燃
料噴射の時期を変化させることで、排気温度を変化させ
ることを特徴とする請求項１０記載の筒内直接噴射式内
燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】前記排気温度に基づいて前記排気の到達
時間の目標を決定し、該決定された目標が所定範囲を超
えるときに、前記追加の燃料噴射を中止させることを特
徴とする請求項２〜９のいずれか１つに記載の筒内直接
噴射式内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】前記機関の運転条件に基づいて前記排気
温度を推定することを特徴とする請求項１〜１２のいず
れか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の排気浄化装
置。